Diagrama que muestra círculos de confusión para una fuente puntual demasiado cercana, enfocada y demasiado lejana. En óptica , un círculo de confusión (CdC) es una mancha óptica...
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Diagrama que muestra círculos de confusión para una fuente puntual demasiado cercana, enfocada y demasiado lejana.
En óptica , un círculo de confusión (CdC) es una mancha óptica causada por un cono de rayos de luz provenientes de una lente que no alcanza un enfoque perfecto al enfocar una fuente puntual . También se conoce como disco de confusión , círculo de indistinción , círculo borroso o mancha borrosa .
En fotografía, el círculo de confusión se utiliza para determinar la profundidad de campo , es decir, la parte de una imagen que se considera nítida. A menudo se asocia un valor estándar de círculo de confusión a cada formato de imagen , pero el valor más adecuado depende de la agudeza visual , las condiciones de visualización y el grado de ampliación. Algunos ejemplos de su uso son: círculo de confusión máximo permisible , límite del diámetro del círculo de confusión y criterio del círculo de confusión .
Las lentes reales no enfocan todos los rayos a la perfección, de modo que incluso con el mejor enfoque, un punto se proyecta como una mancha en lugar de un punto. La mancha más pequeña que una lente puede producir se conoce como el círculo de mínima confusión .
Dos usos
Es necesario distinguir dos usos importantes de este término y concepto:
En una lente perfecta L , todos los rayos pasan por un punto focal F. Sin embargo, a otras distancias de la lente, los rayos forman un círculo.
Para describir el punto borroso más grande que es indistinguible de un punto. Una lente puede enfocar con precisión los objetos a una sola distancia; los objetos a otras distancias están desenfocados . Los puntos de los objetos desenfocados se proyectan como puntos borrosos en lugar de puntos; cuanto mayor sea la distancia de un objeto al plano de enfoque, mayor será el tamaño del punto borroso. Dicho punto borroso tiene la misma forma que la apertura de la lente, pero para simplificar, generalmente se trata como si fuera circular. En la práctica, los objetos a distancias considerablemente diferentes de la cámara aún pueden aparecer nítidos; [ 1 ] el rango de distancias de los objetos en el que los objetos aparecen nítidos es la profundidad de campo (DoF). El criterio común para una "nitidez aceptable" en la imagen final (por ejemplo, impresión, pantalla de proyección o pantalla electrónica) es que el punto borroso sea indistinguible de un punto.
En una lente imperfecta L , no todos los rayos pasan por un punto focal. El círculo más pequeño por el que pasan C se llama círculo de mínima confusión. Para describir el punto de desenfoque logrado por una lente, en su mejor enfoque o de forma más general. Reconociendo que las lentes reales no enfocan todos los rayos perfectamente incluso en las mejores condiciones, el término círculo de mínima confusión se usa a menudo para el punto de desenfoque más pequeño que una lente puede producir, [ 2 ] por ejemplo, al elegir una posición de mejor enfoque que haga un buen compromiso entre las diferentes distancias focales efectivas de las distintas zonas de la lente debido a aberraciones esféricas u otras . El término círculo de confusión se aplica de forma más general al tamaño del punto desenfocado en el que una lente proyecta la imagen de un punto del objeto. Los efectos de difracción de la óptica ondulatoria y la apertura finita de una lente determinan el círculo de mínima confusión; [ 3 ] el uso más general de "círculo de confusión" para puntos desenfocados se puede calcular puramente en términos de óptica geométrica. [ 4 ]
En la óptica geométrica idealizada, donde se supone que los rayos convergen en un punto cuando están perfectamente enfocados, la forma de un punto de desenfoque de una lente con apertura circular es un círculo de luz de bordes definidos. Un punto de desenfoque más general tiene bordes suaves debido a la difracción y las aberraciones, [ 5 ] [ 6 ] y puede no ser circular debido a la forma de la apertura. Por lo tanto, el concepto de diámetro debe definirse cuidadosamente para que sea significativo. Las definiciones adecuadas suelen utilizar el concepto de energía encerrada , la fracción de la energía óptica total del punto que se encuentra dentro del diámetro especificado. Los valores de la fracción (p. ej., 80 %, 90 %) varían según la aplicación.
Límite del diámetro del círculo de confusión en fotografía
En fotografía , el límite del diámetro del círculo de confusión ( límite CoC o criterio CoC ) se define a menudo como el punto de desenfoque más grande que el ojo humano aún percibe como un punto al observar la imagen final desde una distancia de visualización estándar. El límite CoC puede especificarse en la imagen final (por ejemplo, una impresión) o en la imagen original (en película o sensor de imagen).
Con esta definición, el límite de CoC en la imagen original (la imagen en la película o sensor electrónico) se puede establecer en función de varios factores:
Agudeza visual. Para la mayoría de las personas, la distancia de visión cómoda más cercana, denominada distancia cercana para una visión nítida , [ 7 ] es de aproximadamente 25 cm. A esta distancia, una persona con buena visión suele poder distinguir una resolución de imagen de 5 pares de líneas por milímetro (lp/mm) (5 líneas oscuras alternando con 5 líneas claras), equivalente a un CoC de 0,2 mm en la imagen final.
Condiciones de visualización. Si la imagen final se visualiza a aproximadamente 25 cm, un CoC de imagen final de 0,2 mm suele ser apropiado. Una distancia de visualización cómoda es aquella en la que el ángulo de visión es de aproximadamente 60°; [ 7 ] a una distancia de 25 cm, esto corresponde a unos 30 cm, aproximadamente la diagonal de una imagen de 8 pulgadas × 10 pulgadas (para comparar, el papel A4 mide 8,3 pulgadas × 11,7 pulgadas, 210 mm × 297 mm; el papel US Letter mide 8,5 pulgadas × 11 pulgadas, 216 mm × 279 mm). A menudo puede ser razonable suponer que, para la visualización de la imagen completa, una imagen final mayor de 8 pulgadas × 10 pulgadas se visualizará a una distancia correspondientemente mayor de 25 cm, y para la cual un CoC mayor puede ser aceptable; el CoC de la imagen original es entonces el mismo que el determinado a partir del tamaño estándar de la imagen final y la distancia de visualización. Pero si la imagen final, de mayor tamaño, se va a visualizar a la distancia normal de 25 cm, será necesario un coeficiente de correlación (CoC) de la imagen original más pequeño para proporcionar una nitidez aceptable.
Ampliación de la imagen original a la imagen final. Si no hay ampliación (por ejemplo, una copia por contacto de una imagen original de 8×10), el CoC de la imagen original es el mismo que el de la imagen final. Pero si, por ejemplo, la dimensión más larga de una imagen original de 35 mm (1,4 pulgadas) se amplía a 25 cm (10 pulgadas), el factor de ampliación es aproximadamente 7, y el CoC de la imagen original es 0,2 mm / 7, o 0,029 mm.
Los valores habituales para el límite de CoC pueden no ser aplicables si las condiciones de reproducción o visualización difieren significativamente de las supuestas para determinar dichos valores. Si la imagen original se amplía más o se visualiza a menor distancia, se requerirá un CoC menor. Esta fórmula contempla los tres factores anteriores:
CoC (en mm) = (distancia de visualización (en cm) / 25 cm) / (resolución de imagen final deseada en lp/mm para una distancia de visualización de 25 cm) / factor de ampliación / 2 líneas por par de líneas
Por ejemplo, para admitir una resolución de imagen final equivalente a 5 lp/mm para una distancia de visualización de 25 cm cuando la distancia de visualización prevista es de 50 cm y la ampliación prevista es de 8:
CoC = (50 / 25) / 5 / 8 / 2 = 0,025 mm
Dado que el tamaño final de la imagen no suele conocerse al momento de tomar la fotografía, es común asumir un tamaño estándar, como 25 cm de ancho, junto con un centro de curvatura (CoC) convencional de 0,2 mm, que equivale a 1/1250 del ancho de la imagen. También se suelen utilizar convenciones en cuanto a la medida de la diagonal. La profundidad de campo (DoF) calculada con estas convenciones deberá ajustarse si la imagen original se recorta antes de ampliarla al tamaño final, o si se modifican el tamaño y las condiciones de visualización.
Para el formato de fotograma completo de 35 mm (24 mm × 36 mm, 43 mm en diagonal), un límite de CoC ampliamente utilizado es d /1500, o 0,029 mm para el formato de fotograma completo de 35 mm, lo que corresponde a una resolución de 5 líneas por milímetro en una impresión de 30 cm en diagonal. También son comunes los valores de 0,030 mm y 0,033 mm para el formato de fotograma completo de 35 mm.
También se han utilizado criterios que relacionan el CoC con la distancia focal del objetivo. Kodak recomendó 2 minutos de arco (el criterio de Snellen de 30 ciclos/grado para visión normal) para una visión crítica, lo que da como resultado un CoC de aproximadamente f /1720, donde f es la distancia focal del objetivo. [ 8 ] Para un objetivo de 50 mm en formato de fotograma completo de 35 mm, el CoC correspondiente es de 0,0291 mm. Este criterio evidentemente asumía que una imagen final se vería a una distancia de perspectiva correcta (es decir, el ángulo de visión sería el mismo que el de la imagen original):
Distancia de visualización = distancia focal del objetivo × aumento
Sin embargo, las imágenes rara vez se visualizan a la distancia considerada "correcta"; el observador generalmente desconoce la distancia focal del objetivo, y dicha distancia puede resultar incómodamente corta o larga. Por consiguiente, los criterios basados en la distancia focal del objetivo han sido reemplazados, en general, por criterios (como d /1500) relacionados con el formato de la cámara.
Si una imagen se visualiza en un medio de baja resolución, como un monitor de ordenador, la detección del desenfoque estará limitada por el medio de visualización y no por la visión humana. Por ejemplo, el desenfoque óptico será más difícil de detectar en una imagen de 8 x 10 pulgadas mostrada en un monitor que en una impresión de 8 x 10 pulgadas de la misma imagen original vista a la misma distancia. Si la imagen se va a visualizar únicamente en un dispositivo de baja resolución, puede ser apropiado un coeficiente de correlación (CoC) mayor; sin embargo, si la imagen también se puede visualizar en un medio de alta resolución, como una impresión, se aplicarán los criterios mencionados anteriormente.
Las fórmulas de profundidad de campo derivadas de la óptica geométrica implican que se puede lograr cualquier profundidad de campo arbitraria utilizando un coeficiente de refracción suficientemente pequeño. Sin embargo, debido a la difracción , esto no es del todo cierto. Usar un coeficiente de refracción menor requiere aumentar el número f del objetivo para lograr la misma profundidad de campo, y si el diafragma está suficientemente cerrado, la reducción del desenfoque se ve compensada por el aumento del desenfoque debido a la difracción. Consulte el artículo sobre profundidad de campo para obtener una explicación más detallada.
Límite del diámetro del círculo de confusión basado en d /1500
Ajuste del diámetro del círculo de confusión para la escala de profundidad de campo de un objetivo.
El número f determinado a partir de la escala de profundidad de campo de un objetivo se puede ajustar para reflejar un coeficiente de correlación (CoC) diferente al que se basa en la escala de profundidad de campo. En el artículo sobre profundidad de campo se muestra que
donde N es el número f del objetivo, c es el coeficiente de correlación (CoC), m es el aumento y f es la distancia focal del objetivo. Dado que el número f y el CoC solo aparecen como el producto Nc , un aumento en uno es equivalente a una disminución correspondiente en el otro. Por ejemplo, si se sabe que la escala de profundidad de campo (DoF) de un objetivo se basa en un CoC de 0,035 mm, y las condiciones reales requieren un CoC de 0,025 mm, el CoC debe disminuirse en un factor de 0,035 / 0,025 = 1,4 ; esto se puede lograr aumentando el número f determinado a partir de la escala de DoF en el mismo factor, o aproximadamente 1 paso, de modo que el objetivo simplemente se puede cerrar 1 paso con respecto al valor indicado en la escala.
El mismo método suele utilizarse con una calculadora de profundidad de campo en una cámara de gran formato.
Determinación del diámetro del círculo de confusión a partir del campo del objeto.
Diagrama de lentes y rayos para calcular el diámetro del círculo de confusión c para un sujeto desenfocado a una distancia S2 cuando la cámara está enfocada en S1 . El círculo de desenfoque auxiliar C en el plano del objeto (línea discontinua) facilita el cálculo.Un cálculo temprano del diámetro de CoC ("indistintura") realizado por "TH" en 1866.
Para calcular el diámetro del círculo de confusión en el plano de la imagen para un sujeto desenfocado, un método consiste en calcular primero el diámetro del círculo borroso en una imagen virtual en el plano del objeto, lo cual se hace simplemente usando triángulos semejantes, y luego multiplicarlo por la magnificación del sistema, que se calcula con la ayuda de la ecuación de la lente.
El círculo borroso, de diámetro C , en el plano del objeto enfocado a una distancia S1 , es una imagen virtual desenfocada del objeto a una distancia S2 , como se muestra en el diagrama. Depende únicamente de estas distancias y del diámetro de la apertura A , mediante triángulos semejantes, independientemente de la distancia focal del objetivo:
El círculo de confusión en el plano de la imagen se obtiene multiplicando por el aumento m :
donde el aumento m viene dado por la relación de las distancias focales:
Utilizando la ecuación de la lente podemos resolver para la variable auxiliar f 1 :
lo cual produce
y expresar la magnificación en términos de distancia de enfoque y distancia focal:
lo que da como resultado final:
Esto puede expresarse opcionalmente en términos del número f N = f/A como:
Esta fórmula es exacta para una lente delgada paraxial simple o una lente simétrica, en la que la pupila de entrada y la pupila de salida tienen un diámetro A. Los diseños de lentes más complejos con una magnificación de pupila distinta de la unidad requerirán un análisis más complejo, como se aborda en la profundidad de campo .
En términos más generales, este enfoque conduce a un resultado paraxial exacto para todos los sistemas ópticos si A es el diámetro de la pupila de entrada , las distancias del sujeto se miden desde la pupila de entrada y se conoce el aumento:
Si la distancia de enfoque o la distancia del sujeto desenfocado es infinita, las ecuaciones se pueden evaluar en el límite. Para una distancia de enfoque infinita:
Y para el círculo de desenfoque de un objeto en el infinito cuando la distancia focal es finita:
Si el valor de c se fija como un límite del diámetro del círculo de confusión, cualquiera de estas ecuaciones se puede resolver para la distancia del sujeto para obtener la distancia hiperfocal , con resultados aproximadamente equivalentes.
Historia
Henry Coddington 1829
Antes de aplicarse a la fotografía, el concepto de círculo de confusión se utilizaba en instrumentos ópticos como los telescopios. Coddington (1829 , p. 54 ) cuantifica tanto el círculo de mínima confusión como el círculo de mínima confusión para una superficie reflectante esférica.
Podemos considerar esto como la aproximación más cercana a un enfoque simple, y denominarlo el círculo de menor confusión .
Sociedad para la Difusión del Conocimiento Útil 1832
Esta aberración esférica produce una visión borrosa, al dispersar cada punto matemático del objeto en una pequeña mancha en su imagen; estas manchas, al mezclarse entre sí, confunden el conjunto. El diámetro de este círculo de confusión, en el foco de los rayos centrales F, sobre el cual se dispersa cada punto, será LK (fig. 17); y cuando la apertura del reflector es moderada, es igual al cubo de la apertura dividido por el cuadrado del radio (...): este círculo se denomina aberración de latitud.
TH 1866
Cálculos del círculo de confusión: Un precursor temprano de los cálculos de profundidad de campo es el cálculo de TH (1866 , p. 138) del diámetro del círculo de confusión a partir de la distancia del sujeto, para una lente enfocada al infinito; este artículo fue señalado por von Rohr (1899) . La fórmula que propone para lo que él denomina "la indistinción" es equivalente, en términos modernos, a
para la distancia focal f , el diámetro de apertura A y la distancia del sujeto S. Pero no invierte esto para encontrar la S correspondiente a un criterio c dado (es decir, no resuelve para la distancia hiperfocal ), ni considera enfocar a ninguna otra distancia que no sea el infinito.
Finalmente observa que "los objetivos de larga distancia focal suelen tener una apertura mayor que los de corta distancia focal y, por esta razón, tienen menor profundidad de campo" [énfasis en cursiva del autor].
Dallmeyer y Abney
Dallmeyer (1892 , p. 24) , en una reedición ampliada del folleto de su padre John Henry Dallmeyer de 1874 ( Dallmeyer 1874 ) titulado Sobre la elección y el uso de lentes fotográficas (en material que no figura en la edición de 1874 y que parece haber sido añadido a partir de un artículo de JHD "Sobre el uso de diafragmas o topes" de fecha desconocida), dice:
Así, cada punto desenfocado de un objeto se representa en la imagen mediante un disco o círculo de confusión, cuyo tamaño es proporcional a la apertura en relación con el foco del objetivo utilizado. Si un punto del objeto está desenfocado 1/100 de pulgada, se representará mediante un círculo de confusión que mide tan solo 1/100 de la apertura del objetivo.
Esta última afirmación es claramente incorrecta o está mal formulada, ya que difiere en un factor de distancia focal (longitud focal). Continúa:
Cuando los círculos de confusión son suficientemente pequeños, el ojo deja de percibirlos como tales; se ven simplemente como puntos y la imagen aparece nítida. A la distancia de visión habitual, de entre doce y quince pulgadas, los círculos de confusión se perciben como puntos si el ángulo que abarcan no supera un minuto de arco, o aproximadamente, si su diámetro no excede la centésima de pulgada.
Numéricamente, 1/100 de pulgada a 12–15 pulgadas se aproxima a dos minutos de arco. Esta elección del límite del círculo de confusión (CoC) sigue siendo la más utilizada (para letra grande) incluso hoy en día. Abney (1881 , págs. 207–08 ) adopta un enfoque similar basado en una agudeza visual de un minuto de arco y elige un círculo de confusión de 0,025 cm para la visión a 40–50 cm, cometiendo esencialmente el mismo error de factor dos en unidades métricas. No está claro si Abney o Dallmeyer establecieron primero el estándar del CoC de esta manera.
Muro 1889
El límite común de 1/100 de pulgada de CoC se ha aplicado a desenfoques distintos del desenfoque por falta de foco. Por ejemplo, Wall (1889 , p. 92 ) dice:
Para calcular la rapidez con la que debe actuar el obturador para capturar un objeto en movimiento, de modo que pueda existir un círculo de confusión de menos de 1/100 de pulgada de diámetro, divida la distancia del objeto entre 100 veces la distancia focal del objetivo y divida la velocidad de movimiento del objeto en pulgadas por segundo entre el resultado, cuando tenga la mayor duración de exposición en una fracción de segundo.
↑ J.-A. Beraldin; et al. (2006). «Reconstrucción virtual de sitios patrimoniales: oportunidades y desafíos creados por las tecnologías 3D» . En Manos Baltsavias; Armin Gruen; Luc Van Gool; Maria Pateraki (eds.). Registro, modelado y visualización del patrimonio cultural . Taylor & Francis. pág. 145. ISBN978-0-415-39208-2.
↑ Walter Bulkeley Coventry (1901). La técnica de la cámara de mano . Sands & Co. pág. 9.
↑ El tamaño del fotograma es un promedio de las cámaras que toman fotografías de este formato. Por ejemplo, no todas las cámaras de 6×7 toman fotogramas que sean exactamente56 mm ×69 mm . Consulte las especificaciones de la cámara en cuestión si necesita este nivel de precisión.
↑ " APS-C " es un formato común para cámaras réflex digitales. Las dimensiones varían ligeramente entre los diferentes fabricantes; por ejemplo, el formato APS-C de Canon es nominalmente15,0 mm ×22,5 mm , mientras que el formato DX de Nikon es nominalmente16 mm ×24 mm . Las dimensiones exactas a veces varían ligeramente entre modelos con el mismo formato nominal de un fabricante determinado.
Coddington, Henry (1829). Tratado sobre la reflexión y refracción de la luz: Parte I de un sistema de óptica . Cambridge: J. Smith.
Dallmeyer, John Henry (1874). Sobre la elección y el uso de lentes fotográficas . Nueva York: E. y HT Anthony and Co.
Dallmeyer, Thomas R (1892). Sobre la elección y el uso de lentes fotográficas . Londres: J. Pitcher.
Eastman Kodak Company (1972). Fórmulas ópticas y su aplicación, Publicación Kodak n.° AA-26, Rev. 11-72-BX . Rochester, Nueva York: Eastman Kodak Company.
Merklinger, Harold M. (1992). Los entresijos del ENFOQUE: Una forma alternativa de estimar la profundidad de campo y la nitidez en la imagen fotográfica (PDF) . Bedford, NS: HM Merklinger. ISBN0-9695025-0-8.
Ray, Sidney F. (2000). «La geometría de la formación de imágenes». En Ralph E. Jacobson; Sidney F. Ray; Geoffrey G. Atteridge; Norman R. Axford (eds.). Manual de fotografía: Imagen fotográfica y digital (9.ª ed.). Oxford: Focal Press. ISBN0-240-51574-9.
Stokseth, Per A. (octubre de 1969). "Propiedades de un sistema óptico desenfocado". Journal of the Optical Society of America . 59 (10): 1314. Bibcode : 1969JOSA...59.1314S . doi : 10.1364/JOSA.59.001314 .
TH [seud.] (1866). "Enfoque largo y corto". British Journal of Photography (13).
Von Rohr, Moritz (1899). Objetivos fotográficos . Berlín: Verlag Julius Springer.
Wall, Edward John (1889). Diccionario de fotografía para fotógrafos aficionados y profesionales . Nueva York: E. y HT Anthony and Co.
Enlaces externos
Círculos de confusión para cámaras digitales – DOFMaster
Profundidad de campo en profundidad (PDF) – incluye un análisis de los criterios del círculo de confusión
¿Qué es el "círculo de confusión"? – Manual de cálculo
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